天宮二號月圓飛天

顏士州

2016年9月15日，中秋月圓夜，“天宮”飛天時。

這天夜里，一次次掌聲在北京航天飛行控制中心響起。在這個曾伴嫦娥升空、送神舟飛天的中國航天飛行控制的“神經(jīng)中樞”，現(xiàn)場的人們用陣陣掌聲標(biāo)記出人類航天探索的又一個“中國時刻”——天宮二號空間實驗室成功發(fā)射升空，中國向著自己的空間站邁進(jìn)了一大步，人類航天探索史又添上了濃墨重彩的一筆。

何為空間站？

關(guān)于空間站，這幾年公眾印象最深的恐怕就是電影《地心引力》了。NASA的美女航天員從國際空間站跑到中國的“天宮”空間站后乘坐神舟飛船返回的劇情，讓這部電影在中國賺足了票房。

空間站是一種在近地軌道長時間運行，可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器?？臻g站的概念最早可追溯到1896年，然而直到1971年前蘇聯(lián)的“禮炮一號”發(fā)射升空，人類才有了第一個真正意義上的空間站。

隨后，美國的天空實驗室空間站、前蘇聯(lián)的“和平”號空間站以及至今還閃耀在夜空的國際空間站相繼建成，空間站經(jīng)歷從單艙室到多艙室，獨立發(fā)射到國際合作的演化，成為人類空間實驗的主要力量。

一般來講，完整的空間站應(yīng)有10個結(jié)構(gòu)：主體結(jié)構(gòu)、電源供應(yīng)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、姿勢控制系統(tǒng)、軌道操作和推進(jìn)系統(tǒng)、自動化控制機械系統(tǒng)、計算機和通信系統(tǒng)、環(huán)境與生命支持系統(tǒng)、乘員生活設(shè)施和貨物運輸系統(tǒng)。

那么，天宮二號是這樣的空間站嗎？答案是否定的。

空間站的前身

我國之前發(fā)射的天宮一號，是中國的第一個“目標(biāo)飛行器”，其主要目標(biāo)是交會對接實驗，雖然其他各個系統(tǒng)都有涉及，但并不完善，很多功能都是由神舟飛船提供的。

天宮二號則是我國載人航天工程“三步走”第二步第二階段的首發(fā)飛行器，是第一艘真正意義上的空間實驗室，它將與“神舟十一號”載人飛船和“天舟一號”貨運飛船交會對接，共同開展航天員中期駐留任務(wù)、在軌維修技術(shù)試驗任務(wù)、推進(jìn)劑在軌補加任務(wù)以及一系列空間應(yīng)用科學(xué)實驗、航天醫(yī)學(xué)實驗、空間站技術(shù)驗證試驗等任務(wù)，為第三步建造空間站提前開展相關(guān)技術(shù)驗證。

簡單來說，空間實驗室更像是空間站的前身，是為發(fā)展空間站，從載人飛船過渡到載人航天基礎(chǔ)設(shè)施的試驗性航天器。

天宮二號的靚麗身姿

天宮二號全長10.4米，最大直徑3.35米，太陽翼展寬約18.4米，重8.6噸，設(shè)計在軌壽命2年。艙內(nèi)宇航員活動的范圍約為16到18立方米，按6立方米即可滿足住一人居住的人機功效看，天宮二號上可以住兩位航天員。

和天宮一號相仿，天宮二號仍是以資源艙和實驗艙組成的兩艙結(jié)構(gòu)，資源艙主要功能是為天宮二號在太空飛行提供能源和動力。實驗艙主要功能是為航天員在太空生活提供潔凈、溫度和濕度適宜的載人環(huán)境和活動空間。

與天宮一號不同的是，天宮二號此次任務(wù)將不止?jié)M足于飛船交會對接實驗，而是搭載了十余個科學(xué)實驗，實驗設(shè)備均以模塊化設(shè)計，可以在軌進(jìn)行更換，使天宮二號具有了空間站的雛形。

天宮二號裝備更強大、裝載量高、內(nèi)部環(huán)境好。它里面的機械臂是我國自主研究的機器人，長10米，可以搬運貨物、在軌組裝，幫助航天員干活。它既可自主爬行，還可做局部精細(xì)化操作。

也許你會認(rèn)為自主爬行不足一談，但你想想看，太空里大的東西特別大，細(xì)小的東西形同針尖，因此如何進(jìn)行精細(xì)化操作并不是一件容易的事。

為了方便航天員的太空生活，天宮二號在內(nèi)部進(jìn)行了精心設(shè)計：有專門供宇航員工作的實驗室，為航天員配備的筆記本電腦，工作室的溫度保持恒溫；有專門的廚房，宇航員可將事先準(zhǔn)備好的飯菜儲存在冰箱里，餓了只要拿出來熱一熱就可以吃了，當(dāng)然考慮到個人口味，還特制了一些太空食品；在通信上為航天員配備了藍(lán)牙耳機，可和地面保持聯(lián)系，也可收看電視節(jié)目，用網(wǎng)絡(luò)電視與家人交流；臥室里的環(huán)境更加舒適，鋪設(shè)了地板，艙內(nèi)燈光可調(diào)節(jié)亮度，床前都配備了床頭燈，可以躺在床上玩手機聽音樂；娛樂室里面配備了單車、踏步器等健身器材，供宇航員鍛煉身體；在衛(wèi)生方面，特制了毛巾和抽水馬桶，且氣壓低于艙內(nèi)，這樣氣味不易擴散，還可以廢物處理。

雖然天宮二號屬于空間實驗室，還不屬于空間站，但它將在太空中駐留30天，這么長時間在空間生活，既是對航天員自身體能的考驗，也是對我國載人航天技術(shù)的挑戰(zhàn)。這次實驗的目的，就是研究怎樣長時間提供適合宇航員生活的環(huán)境及包括水在內(nèi)的物資供給，這些都要在“天宮二號”上得到驗證。

太空中的科學(xué)實驗

天宮二號將在太空進(jìn)行14項科學(xué)實驗，其中，重點進(jìn)行空間冷原子鐘實驗、伽瑪暴偏振探測、空地量子密鑰分配試驗。

天宮二號可以載人，具備太空補加功能，宇航員要停留其中并補加推進(jìn)劑。而對于推進(jìn)劑補加，其難度如同高空飛行中的飛機在空中加油一樣，并不像常人想象的那么簡單。

天宮二號作為中國首個空間站的雛形，要想使它在太空停留的時間長久，就得補充推進(jìn)劑，而航天器在運行期間，推進(jìn)劑也在慢慢消耗。那么，航天器的推進(jìn)劑消耗完了怎么辦？這就需要“太空加油”——給它補加推進(jìn)劑。

說起給航天器“太空加油”，花費了科學(xué)家的大量精力，補加推進(jìn)劑要讓空間壓縮機壓縮燃料，而在壓縮的同時燃料也會流失。最終，科學(xué)家想出了解決方法：在液路浮動斷接器上增加安裝接口，加快資源艙里的燃料流動。

天宮二號的核心是計算機系統(tǒng)，它能保證所有的分支系統(tǒng)有序地運行，儀表控制器是一種高性能計算機，用于跟其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時控制著系統(tǒng)的溫度，相當(dāng)于一個大“空調(diào)器”，一旦艙內(nèi)溫度過高或者過低，它都會及時調(diào)節(jié)，使設(shè)備正常運行。

或許你還記得天宮一號授課的情景，系統(tǒng)中的圖像從萬里之遙能看到清楚，此次天宮二號安裝的攝像機采用高保真編碼話音設(shè)備和雙向圖像解碼器，能讓我們在電視熒幕上看得比上次更清楚，聲音聽得更仔細(xì)，地面上的人可以跟宇航員對話。天宮二號和神舟十一號分別裝上空空無線設(shè)備，USB應(yīng)答機分分秒秒監(jiān)測它們的方向、距離和速度，能及時將信息返回地面。

天宮二號給我們帶來哪些影響

首先在“太空計時”上有所突破，使得計量精度提高。

我們生活中最精準(zhǔn)的鐘表，每年大約有一分鐘的誤差；原子鐘的精度，可達(dá)每2000萬年誤差一秒；而天宮二號上將攜帶國際首臺空間運行的最高精度超冷原子鐘，誤差可縮小到2億年一秒，它將被用于空間系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)，為深空探測、廣義相對論驗證等重要領(lǐng)域作出貢獻(xiàn)。同時，它還可用于城市與城市之間的距離、出行地點以及里程等的精確距離測算，使導(dǎo)航定位做到百分百準(zhǔn)確無誤。

隨著網(wǎng)絡(luò)信息的普及，隱私安全也引發(fā)廣泛關(guān)注，天宮二號可以通過遙感加密，生成“公開密鑰”密碼系統(tǒng)——通過天上發(fā)射一個個單光子并在地面接收，生成“天機不可泄露”的量子密鑰，因而信息非常安全。

天宮二號里天極望遠(yuǎn)鏡可用來探測研究宇宙中的射線，實現(xiàn)高精度、系統(tǒng)性地觀測恒星演化、黑洞形成，為研究其他星球以及宇宙中的爆發(fā)現(xiàn)象做更深一步的監(jiān)測。

未來的中國空間站

我國計劃于2020年前后建成自己的空間站“天宮”。天宮采用與和平號類似的積木式結(jié)構(gòu)，設(shè)計壽命十年以上，常駐人員3名，6個月輪換一次。那時，中國將真正跨入空間站俱樂部，成為繼美俄之后第三個可以獨立發(fā)射空間站的國家。

空間實驗室任務(wù)將在2017年上半年全部完成，隨后進(jìn)入空間站建設(shè)階段。中國將建成一個“比國際空間站運行經(jīng)濟(jì)性更好、信息化程度更高的空間站”，第一步是在2018年前后發(fā)射空間站核心艙。

未來中國空間站額定設(shè)計容納3名航天員，輪換期間最多達(dá)到6名航天員。這意味著，到那時，中國載人航天飛行將成為常態(tài)。（編輯/夏冬）